二極管 三極管 MOS器件基本原理

P-N結及其電流電壓特性

　　晶體二極管為一個由 p 型半導體和 n 型半導體形成的 p-n 結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于 p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態。 當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流：

　　當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流 I0 。 當外加的反向電壓高到一定程度時， p-n 結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現象。

　　雙極結型三極管相當于兩個背靠背的二極管 PN 結。正向偏置的 EB 結有空穴從發射極注入基區，其中大部分空穴能夠到達集電結的邊界，并在反向偏置的 CB 結勢壘電場的作用下到達集電區，形成集電極電流 IC 。 在共發射極晶體管電路中 , 發射結在基極電路中正向偏置 , 其電壓 降很小。絕大部分 的集電極和發射極之間的外加偏壓都加在反向偏置的集電結上。由于 VBE 很小，所以基極電流約為 IB= 5V/50 k Ω = 0.1mA 。 如果晶體管的共發射極電流放大系數β = IC / IB =100, 集電極電流 IC= β*IB=10mA。在500Ω的集電極負載電阻上有電壓降VRC=10mA*500Ω=5V，而晶體管集電極和發射極之間的壓降為VCE=5V，如果在基極偏置電路中疊加一個交變的小電流ib，在集電極電路中將出現一個相應的交變電流ic，有c/ib=β，實現了雙極晶體管的電流放大作用。

　　金屬氧化物半導體場效應三極管的基本工作原理是靠半導體表面的電場效應，在半導體中感生出導電溝道來進行工作的。 當柵 G 電壓 VG 增大時， p 型半導體表面的多數載流子棗空穴逐漸減少、耗盡，而電子逐漸積累到反型。當表面達到反型時，電子積累層將在 n+ 源區 S 和 n+ 漏區 D 之間形成導電溝道。當 VDS ≠ 0 時，源漏電極之間有較大的電流 IDS 流過。使半導體表面達到強反型時所需加的柵源電壓稱為閾值電壓 VT 。當 VGS>VT 并取不同數值時，反型層的導電能力將改變，在相同的 VDS 下也將產生不同的 IDS , 實現柵源電壓 VGS 對源漏電流 IDS 的控制。

　　來源：集成電路測試網